Материал: Демирчян, Нейман, Коровкин, Чечурин. Теоретические основы электротехники.т.2.2003

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

2.

à

) Ïðèìåíÿÿ ìåòîä íàëîæåíèÿ, ïðåäñòàâëÿåì íàïðÿæåíèå â âèäå ñóììû äâóõ

ñêà÷êîîáðàçíûõ íàïðÿæåíèé

U

0

(

t – t

1

) è –

U

0

(

t – t

2

) è çàïèñûâàåì èñêîìîå èçî-

áðàæåíèå

U

(

p

)

=

U

p

e

U

p

e

U

p

e

e

pt

pt

pt

pt

0

0

0

1

2

1

2

-

-

-

-

-

=

-

(

), ó÷èòûâàÿ, ÷òî èçîáðàæå-

íèå ñêà÷êîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ

U

0

åñòü

U

0

/

p

.

Âû÷èñëÿÿ èíòåãðàë Ëàïëàñà, ïîëó÷àåì òîò æå ðåçóëüòàò:

U p

u t e dt U

e dt U

p

e

e

pt

pt

t

t

pt

pt

( )

( )

(

).

=

=

=

-

-

¥

-

-

-

ò

ò

0

0

0

1

2

1

2

Åñëè äëèòåëüíîñòü

t

2

t

1

= D

t

äåéñòâèÿ èìïóëüñà íàïðÿæåíèÿ ñòðåìèòñÿ ê íóëþ,

à åãî àìïëèòóäà âîçðàñòàåò, òàê ÷òî ïðîèçâåäåíèå

U

0

×D

t

ñîõðàíÿåòñÿ ïîñòîÿííûì,

òî â ïðåäåëå ïðè

D

t

®

0 èçîáðàæåíèå ïðèíèìàåò âèä

U p

U

p

e

e

t

t U te

t

t

pt

pt

pt

( )

lim

.

=

-

=

®

-

-

-

0

0

2

1

1

2

1

D

D

D

3, 4.

Âîñïîëüçóåìñÿ èçîáðàæåíèåì ïðîèçâîäíîé

f

¢

(

t

) ôóíêöèè

f

(

t

):

f t e dt

pt

'

( )

-

¥

ò

0

=

pF

(

p

) –

f

(0).

Ïðè

p

® ¥

èìååì lim

p

®¥

pF

(

p

)

=

lim

p

®¥

[

f

(0) +

f t e dt

pt

'

( )

-

¥

ò

0

]

=

f

(0), à ïðè

p

®

0

lim

( )

( )

( )

( )

p

pF p

f

f t

f

®

¥

=

+

=

¥

0

0

0

.

5.

à

)

i

(+0)

=

0,

i

(

¥

)

=

U

0

/2

r

;

á

)

i

(+0)

=

U

0

/

r

,

i

(

¥

)

=

0;

â

)

i

(+0)

=

U

0

/

r

,

i

(

¥

)

=

U

0

/

r

;

ã

)

i

(+0)

=

0,

i

(

¥

)

=

0;

ä

)

i

(+0)

=

U

0

/

r

,

i

(

¥

)

=

0.

10.2. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ îïåðàòîðíûì ìåòîäîì

ÂÎÏÐÎÑÛ

1.

Ïðè ðàñ÷åòå ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ îïåðàòîðíûì ìåòîäîì òîêè â êàòóøêàõ

èíäóêòèâíîñòè è íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðàõ â ìîìåíò âðåìåíè

t

=

+0 âõîäÿò

â óðàâíåíèÿ âòîðîãî çàêîíà Êèðõãîôà è ó÷èòûâàþòñÿ, òàêèì îáðàçîì, íà íà÷àëü-

íîé ñòàäèè ðåøåíèÿ çàäà÷è, à èìåííî íà ýòàïå ñîñòàâëåíèÿ óðàâíåíèé â îïåðà-

òîðíîé ôîðìå. Ïðè ðàñ÷åòå ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ êëàññè÷åñêèì ìåòîäîì íà-

÷àëüíûå óñëîâèÿ (òîêè â êàòóøêàõ è íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðàõ) ó÷èòûâàþò

óæå ïîñëå ñîñòàâëåíèÿ è ðåøåíèÿ óðàâíåíèé, à èìåííî íà ýòàïå íàõîæäåíèÿ

ïîñòîÿííûõ èíòåãðèðîâàíèÿ, âõîäÿùèõ â ðåøåíèå äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíå-

íèé öåïè.

2.

 îáùåì ñëó÷àå ïðè íåíóëåâûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ òîê

I

(

p

) íà âõîäå äâóõïî-

ëþñíèêà íåëüçÿ ïðåäñòàâèòü â âèäå

I

(

p

)

=

U

(

p

)/

Z

(

p

), ãäå

U

(

p

) — îïåðàòîðíîå

èçîáðàæåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïîýòîìó îïåðàòîðíîå ñîïðîòèâëåíèå

Z

(

p

)

íåëüçÿ ïîëó÷èòü, çàìåíèâ â âûðàæåíèè

Z

(

j

w

) êîìïëåêñíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ

äâóõïîëþñíèêà âåëè÷èíó

j

w

íà îïåðàòîð

p

. Îäíàêî ïðè íóëåâûõ íà÷àëüíûõ

Îòâåòû íà âîïðîñû, ðåøåíèÿ óïðàæíåíèé è çàäà÷

503

background image

óñëîâèÿõ èç âûðàæåíèÿ

I

(

p

)

=

U

(

p

)/

Z

(

p

) ìîæíî íàéòè îïåðàòîðíîå ñîïðîòèâëå-

íèå

Z

(

p

)

=

U

(

p

)/

I

(

p

), êîòîðîå ñîâïàäàåò ñ êîìïëåêñíûì ñîïðîòèâëåíèåì

Z

(

j

w

)

ïîñëå çàìåíû â íåì âåëè÷èíû

j

w

íà îïåðàòîð

p

.

4.

Ïðè íóëåâûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ óðàâíåíèÿ çàêîíîâ Êèðõãîôà ìîæíî ïîëó-

÷èòü, çàìåíÿÿ â ñîîòâåòñòâóþùèõ óðàâíåíèÿõ êîìïëåêñíîãî ìåòîäà êîìïëåêñ-

íûå òîêè

&

I

, íàïðÿæåíèÿ

&

U

, ñîïðîòèâëåíèÿ

Z

è ïðîâîäèìîñòè

Y

íà âåëè÷èíû

I

(

p

),

U

(

p

),

Z

(

p

),

Y

(

p

). Îáðàòíîå òàêæå ñïðàâåäëèâî: çàïèñàâ óðàâíåíèÿ çàêîíîâ Êèðõ-

ãîôà, ìîæåì, ïðèíèìàÿ íà÷àëüíûå óñëîâèÿ íóëåâûìè, ïåðåéòè ê óðàâíåíèÿì â

êîìïëåêñíîé ôîðìå ïîñëå çàìåíû â íèõ îïåðàòîðà

p

íà âåëè÷èíó

j

w

.

7.

Åñëè ïîëèíîì

H

(

p

) îïåðàòîðíîãî èçîáðàæåíèÿ òîêà

I

(

p

)

=

G

(

p

)/

H

(

p

) íå èìååò

êîìïëåêñíûõ êîðíåé, òî âñå êîýôôèöèåíòû

G

(

p

)/

H

(

p

) âåùåñòâåííûå. Åñëè æå

îí èìååò õîòÿ áû îäíó ïàðó êîìïëåêñíî-ñîïðÿæåííûõ êîðíåé

p

1

=

a

+

j

w

è

p

2

=

a

j

w

, òî êîýôôèöèåíòû

À

(

ð

1

)

=

G

(

p

1

)/

H

¢

(

p

1

),

A

(

p

2

)

=

G

(

p

2

)/

H

¢

(

p

2

), âõîäÿ-

ùèå â âûðàæåíèå èñêîìîãî òîêà

i

(

t

)

=

exp (–

a

t

)[

A

(

p

1

) exp (

j

w

t

) +

A

(

p

2

) exp(–

j

w

t

)]

â îáùåì ñëó÷àå, êîãäà

A

(

p

1

)

¹

A

(

p

2

), äîëæíû áûòü êîìïëåêñíûìè, òàê êàê òîëüêî

òîãäà òîê

i

(

t

) áóäåò âåùåñòâåííûì.

8.

Èç óðàâíåíèÿ

Z

(

p

)

I

(

p

)

=

U

(

p

), â êîòîðîì

I

(

p

) — òîê íà âõîäå äâóõïîëþñíèêà,

Z

(

p

) — åãî îïåðàòîðíîå ñîïðîòèâëåíèå, ñëåäóåò, ÷òî ïîëèíîì

Z

(

p

) ñîâïàäàåò ñ

õàðàêòåðèñòè÷åñêèì ïîëèíîìîì ñîîòâåòñòâóþùåãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíå-

íèÿ öåïè. Äåéñòâèòåëüíî, ïåðåõîä îò äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ öåïè ê õà-

ðàêòåðèñòè÷åñêîìó âûïîëíÿåòñÿ òàê æå, êàê è ïåðåõîä îò äèôôåðåíöèàëüíîãî

óðàâíåíèÿ ê îïåðàòîðíîìó, à èìåííî ïóòåì çàìåíû

k

-é ïðîèçâîäíîé òîêà íà

k

ñòåïåíü âåëè÷èíû

a

(ïðè ñîñòàâëåíèè õàðàêòåðèñòè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ) ëèáî íà

k

-þ ñòåïåíü îïåðàòîðà

p

ïðè ïîëó÷åíèè îïåðàòîðíîãî óðàâíåíèÿ. Â ïîñëåäíåì

ñëó÷àå íà÷àëüíûå óñëîâèÿ ìîæíî âñåãäà ïðèíÿòü íóëåâûìè, òàê êàê ñâîéñòâà

öåïè íå çàâèñÿò îò çàäàâàåìûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèé. Ïðè ðàñ÷åòå îïåðàòîðíîãî

ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè òîêè âñåõ êàòóøåê èíäóêòèâíîñòè è íàïðÿæåíèÿ íà âñåõ

êîíäåíñàòîðàõ ñëåäóåò ïðèíÿòü ðàâíûìè íóëþ, âñå èñòî÷íèêè ÝÄÑ äîëæíû áûòü

çàìêíóòû íàêîðîòêî, à âåòâè ñ èñòî÷íèêàìè òîêà — ðàçîðâàíû.

ÓÏÐÀÆÍÅÍÈß

1.

Îïåðàòîðíûå ñîïðîòèâëåíèÿ öåïåé ñîîòâåòñòâóþùèõ âàðèàíòîâ ðàâíû:

à

)

Z p

r r

pL r

r

r

pL

( )

(

)

=

+

+

+

1 2

1

2

2

;

á

)

Z p

r pL p rLC

rCp

( )

= +

+

+

2

1

;

â

)

Z p

r pL p rLC

r pL Cp

( )

(

)

= +

+

+

2

;

ã

)

Z p

pL prC

Cp r pL

( )

(

)

(

)

=

+

+

+

1

1

;

ä

)

Z p

r pL

r pL pC

( )

(

)

=

+

+

+

1

;

å

)

Z p

r pL p rLC

p LC

( )

= +

+

+

2

2

1

.

2.

Èçîáðàæåííûì íà ðèñ. Ð10.1 ñõåìàì ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé ñîîòâåòñòâóþò çà-

ïèñàííûå â îïåðàòîðíîé ôîðìå óðàâíåíèÿ çàêîíîâ Êèðõãîôà:

à

)

I

r

(

p

)

=

I

L

(

p

) +

I

C

(

p

),

rI

r

(

p

) +

pLI

L

(

p

)

=

E

(

p

) +

Li

L

(0),

pLI

L

(

p

) – 1

Cp

I

C

(

p

)

=

=

Li

L

(0) +

E

p

+

u

p

C

( )

0 .

504

Îòâåòû íà âîïðîñû, ðåøåíèÿ óïðàæíåíèé è çàäà÷

background image

á

)

I

C

(

p

)

= Á

(

p

) +

I

L

(

p

),

pLI

L

(

p

) + 1

Cp

I

C

(

p

)

=

Li

L

(0) –

u

p

C

( )

0 .

ä

)

I

L

(

p

)

=

I

C

(

p

) +

I

r

1

(

p

),

Á

(

p

) +

I p

I p

r

r

1

2

( )

( )

=

,

I

L

(

p

)

pL

+

I

C

(

p

) 1

Cp

=

=

E

p

+

Li

L

(0) –

u

p

C

( )

0 ,

I

r

1

(

p

)

r

1

+

I

r

2

(

p

)

r

2

I

C

(

p

) 1

Cp

=

u

p

C

( )

0 .

4.

Ó÷èòûâàÿ, ÷òî îïåðàòîðíîå èçîáðàæåíèå ÝÄÑ è òîêà çàäàííûõ èñòî÷íèêîâ

cóòü

E p

E

p

m

( )

=

+

w

w

2

2

,

Á

= Á

+

( )

p

p

m

w

w

2

2

, ïîëó÷àåì:

á

)

I p

E

r

r Cp

p

r r Cp

m

( )

[(

)

]

(

) (

)

=

+

+

+

+

w

w

1

2

2

2

1

2

1

1

;

â

)

I p

E Cp

p

p LC

m

( )

(

)(

)

=

+

+

w

w

2

2

2

1

;

ã

)

I p

E

r

r

pL

p

r pL r

m

( )

(

)

(

) (

)

=

+ +

+

+

w

w

1

2

2

2

1

2

;

ä

)

U p

J r

p

prC

m

( )

(

)(

)

=

+

+

w

w

2

2

1

;

å

)

U p

rpL

p

pL r

m

( )

(

)(

)

=

Á

+

+

w

w

2

2

;

ç

)

I p

E

pL r

p

r

r pL r r

m

( )

(

)

(

)[(

)

]

=

+

+

+

+

w

w

2

2

1

2

1 2

.

5.

Ó÷èòûâàÿ çàäàííûå íà÷àëüíûå óñëîâèÿ

i

L

(–0)

=

0,

u

C

(–0)

=

U

0

=

120 Â ïðè ñî-

ñòàâëåíèè óðàâíåíèé çàêîíîâ Êèðõãîôà â îïåðàòîðíîé ôîðìå

-

+

+

=

I p

I p

I p

1

2

3

0

( )

( )

( )

,

rI p

I p

Cp

U

p

u

p

C

1

2

0

0

( )

( )

( )

+

=

-

,

I p pL I p

Cp

u

p

C

3

2

0

( )

( )

( )

-

=

è ðåøàÿ èõ îòíîñèòåëüíî òîêà

I

2

(

p

), ïîëó÷àåì:

I p

u

rC

p rLC pL r

p

p

C

2

2

2

5

2

0

48 10

4 10

0 1

40

( )

( )

,

,

= -

+

+

=

-

×

×

+

+

-

-

.

Ðåøàÿ óðàâíåíèå

H

(

p

)

=

0, ïîëó÷àåì

p

1

=

–2000,

p

2

=

–500. Äàëåå íàõîäèì

G

(

p

1

)

=

=

G

(

p

2

)

=

–4,8

×

10

–2

,

H

¢

(

p

1

)

=

–0,06,

H

¢

(

p

2

)

=

0,06 è òîê

i

2

(

t

)

=

0,8

e

–2000

t

– 0,8

e

–500

t

À.

Äàëåå ïîëó÷àåì:

Îòâåòû íà âîïðîñû, ðåøåíèÿ óïðàæíåíèé è çàäà÷

505

Ðèñ. Ð10.1

background image

u

C

(

t

)

=

1

2

0

C

i t dt

t

( )

ò

+

u

C

(0)

=

–40

e

–2000

t

+ 160

e

–500

t

,

i

3

(

t

)

=

3 + 0,2

e

–2000

t

– 3,2

e

–500

t

À,

i

1

(

t

)

=

3 +

e

–2000

t

– 4

e

–500

t

À.

7.

Ðàñêëàäûâàÿ âûðàæåíèÿ

I

(

p

) íà ïðîñòûå äðîáè, íàõîäèì:

à

)

I p

U

r

Ap B

p

C

p

U

r

p

p

( )

(

)

,

,

(

)

=

+

+

+

+

é
ë

ê

ù
û

ú =

+

+

-

0

2

0

2

1

3

0 25

0 75

1

0 25

3

,

,

p

+

é
ë

ê

ù
û

ú

i t

U

r

e

te

e

t

t

t

( )

[

];

=

+

-

-

-

-

0

3

4

2

á

)

i t

U

r

e

t

( )

(

,

);

,

=

-

-

0

0 5

1 0 25

â

)

I p

U

p

p

p

U Ap B

p

C

p

( )

(

)(

)

=

+

+

+

=

+

+

+

+

é
ë

ê

ù
û

ú =

0

2

2

0

2

2

2

1

2

2

w

w

=

+ +

+

+

-

+

+

é
ë

ê

ù
û

ú

U

p

p

p

0

2

2

2

2

2

3

2 2

4

3

4

2

w

w

w

w

(

)(

) (

)(

)

,

i t

U

t

U

t

U e

( )

cos

(

)

(

)

sin

=

+

+

+

+

-

+

-

3

4

2 2

4

3

4

0

2

2

0

2

0

2

2

w

w

w

w

w

w

w

t

.

8.

Ïîäñòàâëÿÿ â âûðàæåíèå

I p

U p

r pL

( )

( )

=

+

èçîáðàæåíèå

U p

U

p

m

( )

=

+ a

âõîäíîãî íà-

ïðÿæåíèÿ, ïîëó÷àåì òîê

I p

U

L p

p

m

( )

(

)(

)

,

=

+

+

a

d

ãäå

d =

r

L

,

i t

U

r

L

e

e

m

t

t

( )

(

).

=

-

-

-

-

a

a

d

Çàâèñèìîñòü

i t

( ) ïðè

d

a

=

2 èçîáðàæåíà íà ðèñ. Ð9.5. Òîê

i

(

t

)

äîñòèãàåò íàèáîëüøåãî çíà÷åíèÿ, ðàâíîãî

U

r

m

2

, ïðè

t

0

1

0 3

=

-

@

d a

d

a

a

ln

, .c

9.

Çàïèñûâàåì óðàâíåíèÿ

r i

L di

dt

M di

dt

U

r i

M di

dt

L di

dt

1 1

1

1

2

0

2 2

1

2

2

0

+

+

=

+

+

=

,

â îïåðàòîðíîé ôîðìå

(

) ( )

( )

,

( ) (

) ( )

r

pL I p

MpI p

U p

MpI p

r

L p I p

1

1

1

2

0

1

2

2

2

0

+

+

=

+

+

=

506

Îòâåòû íà âîïðîñû, ðåøåíèÿ óïðàæíåíèé è çàäà÷

Ðèñ. Ð9.5

background image

è, ââîäÿ îáîçíà÷åíèÿ

d

d

s

1

1

1

2

2

2

2

2

2

1 2

1

=

=

= -

=

r

L

r

L

k k

M

L L

,

,

,

, ïîñëå ïðîñòûõ ïðå-

îáðàçîâàíèé ïîëó÷àåì:

I p

U

pL

p

p

p

I p

U M

L L

1

0

1

2

2

1

2

1 2

2

0

1 2

( )

[

(

)

]

,

( )

[

=

+

+

+

+

= -

d

s

d

d

d d

s

d

d

d d

p

p

2

1

2

1 2

+

+

+

(

)

]

.

Èñïîëüçóÿ òåîðåìó ðàçëîæåíèÿ, íàõîäèì âåëè÷èíû

i t

U

r

U
bL

p e

p

p t

1

0

1

0

1

2

2

1

1

1

1

1

( )

=

+

+

æ
è

çç

ö
ø

÷÷

-

+

æ
è

çç

ö
ø

÷

s

d

s

d ÷

é
ë

ê

ù
û

ú

= -

-

e

U t

U M

bL L

e

e

p t

p t

p t

2

1

2

2

0

1 2

,

( )

(

),

ãäå

b

k

p

b

=

-

+

= -

+

±

(

)

,

[ (

)

]

.

,

d

d

d d

d

d

s

1

2

2

2

1 2

1 2

1

2

4

2

 ÷àñòíûõ ñëó÷àÿõ òîêè

i t i t

1

2

( ), ( ) âûðàæàþòñÿ áîëåå ïðîñòûìè ôîðìóëàìè.

Íàïðèìåð, ïðè

d

d

d

1

2

=

=

èìååì

i t

U

r

U

r

e

e

i t

U

r

k

t

k

t

1

0

1

0

1

1

1

2

0

2

2

( )

,

( )

=

-

+

æ

è

ç

ç

ö

ø

÷

÷

=

-

+

-

-

d

d

1 2

1

1

r

e

e

k

t

k

t

-

+

-

-

+

æ

è

ç

ç

ö

ø

÷

÷

d

d

.

Ïðè

k

=

1, ò. å. ïðè

M

L L

2

1 2

=

, ïîëó÷àåì

i t

U

r

U

r

e

i t

U

M

e

p t

p t

1

0

1

0

1

2

1

2

2

0

1

2

1

1

( )

,

( )

(

)

.

=

-

+

= -

+

d

d

d

d

d

Åñëè ïðè ýòîì

r

r

r

1

2

=

=

è

L

L

L

1

2

=

=

, òî

i t

U

r

e

i t

U

r

e

t

t

1

0

2

2

0

2

1 1

2

2

( )

,

( )

.

=

-

æ

è

ç

ç

ö

ø

÷

÷

= -

-

-

d

d

10.

Ââåäåì îáîçíà÷åíèÿ

G

(

j

w

)

=

G

(

w

) exp [

j

a

(

w

)]

, N

(

j

w

)

=

N

(

w

) exp [

j

b

(

w

)]. Òî-

ãäà ïîëó÷àåì:

G j

H j

e

G j

H

j

e

G

e

e

j t

j t

j

j t

( )

( )

(

)

(

)

( )

( )

w

w

w

w

w

w

w

a w

w

'

'

+

-

-

=

-

2

j N

e

G

e

e

j N

e

G

j

j

j t

j

w w

w

w w

w

b w

a w

w

b w

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

+

-

=

=

-

-

-

2

[

]

( )

( )si

[

( ) ( )]

[

( ) ( )]

e

e

j N

G

j t

j t

w a w b w

w a w b w

w w

w

+

-

-

+

+

-

=

2

n[

( )

( )]

( )

( )

( )

( )

( )

w a w b w

w w

w

w w

a w

b w

w

t

N

G

e

N

e

e

j

j

j t

+

-

=

=

é

Im

ë

ê

ù
û

ú =

é
ë

ê

ù
û

ú

Im

G j

N j

e

j t

( )

( )

.

w

w

w

w

11.1. ×àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè íåïåðèîäè÷åñêèõ ñèãíàëîâ

ÂÎÏÐÎÑÛ

5.

Êàê âèäíî èç àìïëèòóäíîé ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè

U

(

w

)

=

2

U

0

| (

sin

a

w)/w |

ïðÿìîóãîëüíîãî èìïóëüñà äëèòåëüíîñòüþ 2

a

(ñì. ðèñ. Ð11.1), ïðè óìåíüøåíèè

Îòâåòû íà âîïðîñû, ðåøåíèÿ óïðàæíåíèé è çàäà÷

507

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/14319